部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器，包括非線性晶體和混合腔，所述非線性晶體為板條結(jié)構(gòu)，所述混合腔由平凹圓透鏡和平凸柱透鏡構(gòu)成。利用長條形光斑的抽運(yùn)光從晶體端面抽運(yùn)，實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明最終可以獲得了輸出功率高且光束質(zhì)量好的激光。
【專利說明】部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光技術(shù)和非線性頻率變換領(lǐng)域，尤其是一種基于非穩(wěn)腔的光參量振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜學(xué)中將波長范圍為0.75微米到1000微米的光稱為紅外線，其中一般將3至20微米的光稱為中紅外光。此波段的光有很多特性，尤其是3至5微米波段，此波段的光在大氣中傳輸時(shí)損耗較低，是十分重要的大氣紅外窗口 ；除此，該波段還覆蓋了很多碳?xì)錃怏w和其他很多有毒氣體的吸收峰。因此該波段的激光可以用于定向紅外干擾、激光測距、光譜分析、大氣污染物監(jiān)測、有毒氣體探測等。
[0003]目前獲得中紅外激光的方式大致有下面幾種:氣體激光器、量子級(jí)聯(lián)激光器、二極管激光器、固體激光器及其抽運(yùn)光的光參量振蕩器(OPO ),其中隨著作為OPO抽運(yùn)源的固體激光器和光纖激光器的迅猛發(fā)展、新型非線性晶體材料的不斷出現(xiàn)，光參量振蕩技術(shù)取得了重大進(jìn)展，成為了獲得中紅外激光輸出的重要手段。
[0004]光參量振蕩器在產(chǎn)生激光輸出時(shí)具有很多優(yōu)勢:調(diào)諧范圍廣、不受抽運(yùn)波長約束；可使用多種非線性晶體，而且調(diào)諧方式多樣，包括溫度調(diào)諧、周期調(diào)諧、角度調(diào)諧等；結(jié)構(gòu)緊湊、可全固化，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)；可實(shí)現(xiàn)大功率、高光束質(zhì)量、窄線寬輸出等。
[0005]OPO技術(shù)早在1962年就被提出來了，理論被不斷完善，實(shí)驗(yàn)上受限于抽運(yùn)源和非線性晶體，一直很難有重大突破。直到上世紀(jì)80年代，隨著基于雙折射位相匹配(BPM)的晶體的出現(xiàn)，及半導(dǎo)體抽運(yùn)的全固態(tài)激光器的發(fā)展，OPO技術(shù)有了很大的突破。
[0006]上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的基于準(zhǔn)位相匹配(QPM)技術(shù)的光學(xué)超晶格材料，如周期極化的鉭酸鋰(PPLT )、鈮酸鋰(PPLN)、摻鎂鈮酸鋰(PPMgO: LN)、磷酸鈦氧鉀等，具有透光范圍寬、有效二階非線性系數(shù)大、吸收損耗小、抗光損傷閾值高的優(yōu)點(diǎn)，把OPO技術(shù)推向了一個(gè)新的高度。
[0007]目前獲得中紅外激光主要還是用圓光束泵浦0P0，這樣晶體容易損壞，很難獲得高功率輸出；也有一些用板條形激光泵浦，可是采用一般的OPO腔型，泵浦光的光束質(zhì)量對輸出光的影響很大，高功率下獲得的中紅外激光的光束質(zhì)量都較差；棒狀的晶體不利于散熱，晶體內(nèi)部的熱透鏡和熱致雙折射效應(yīng)明顯，不利于輸出功率和光束質(zhì)量的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器，解決現(xiàn)有的OPO技術(shù)很難獲得高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出的技術(shù)缺陷。
[0009]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0010]部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器，包括非線性晶體和混合腔，所述混合腔由平凹圓透鏡和平凸柱透鏡構(gòu)成，所述非線性晶體為板條結(jié)構(gòu)且置于混合腔內(nèi)，其中平凹圓透鏡的平面與光束垂直、凹面朝向非線性晶體，平凸柱透鏡的平面與光束垂直、凸面朝向非線性晶體，且平凸柱透鏡的母線方向在豎直方向。
[0011]將非線性晶體和混合腔組合成光參量振蕩器，然后將泵浦光整形成一條光強(qiáng)分布均勻的橫截面為長方形的光束，此長條形光斑在垂直方向聚焦為200?400 μ m以保證腔內(nèi)模式為近基膜，再用長條形光斑的抽運(yùn)光部分端面泵浦非線性晶體，從而獲得設(shè)計(jì)頻率的激光輸出。
[0012]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述混合腔，在水平方向采用正支共焦非穩(wěn)腔，所述正支共焦非穩(wěn)腔由平凹圓透鏡的凹面和平凸柱透鏡的凸面構(gòu)成，并且平凹圓透鏡和平凸柱透鏡的焦點(diǎn)重合，平凸柱透鏡的焦距和正支共焦非穩(wěn)腔的腔長的和等于平凹圓透鏡的焦距。
[0013]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述混合腔，在垂直方向采用平凹穩(wěn)腔，所述平凹穩(wěn)腔由平凹圓透鏡的凹面和平凸柱透鏡的平面構(gòu)成。
[0014]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述非線性晶體為周期性極化的鉭酸鋰晶體、鈮酸鋰晶體、摻鎂鈮酸鋰晶體或磷酸鈦氧鉀晶體中的一種。以上晶體均為基于準(zhǔn)位相匹配原理實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換的非線性晶體。
[0015]有益效果:本發(fā)明的部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器，用板條形式的非線性晶體的同時(shí)采用混合腔，利用長條形光斑的抽運(yùn)光從晶體端面抽運(yùn)，實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明最終可以獲得了輸出功率高且光束質(zhì)量好的激光。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器在水平方向的示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明垂直方向平凹穩(wěn)腔示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明水平方向正支共焦非穩(wěn)腔示意圖；
[0019]圖4為混合腔內(nèi)穩(wěn)定光場和f禹合輸出光場強(qiáng)度分布；
[0020]圖5為混合腔內(nèi)穩(wěn)定光場和I禹合輸出光場位相分布；
[0021]圖6為耦合輸出率與L1長度的關(guān)系示意圖；
[0022]圖7為近場光斑強(qiáng)度分布圖；
[0023]圖8為遠(yuǎn)場光斑強(qiáng)度分布圖；
[0024]圖9為不同L1長度的M2因子關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0026]如圖1所示，部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器，包括非線性晶體2和混合腔，所述非線性晶體2為參量變換的板條形式的準(zhǔn)相位匹配晶體；該振蕩器采用混合腔，該混合腔由平凹圓透鏡I和平凸柱透鏡3構(gòu)成，在水平方向與豎直方向具有不同的腔形。
[0027]如圖2所示，在垂直方向采用平凹穩(wěn)腔，穩(wěn)腔部分由凹圓透鏡I的凹面和平凸柱透鏡3的平面構(gòu)成。
[0028]如圖3所示，水平方向采用正支共焦非穩(wěn)腔。該正支共焦非穩(wěn)腔由平凹圓透鏡I的凹面和平凸柱透鏡3的凸面構(gòu)成，其中平凸柱透鏡3的焦距與正支共焦非穩(wěn)腔的腔長的和等于平凹圓透鏡I的焦距。其中平凹圓透鏡I為橫向尺寸L1的軸對稱圓透鏡，其曲率半徑為R1、焦距為;平凸柱透鏡3為橫向尺寸L2的平凸柱透鏡，曲率半徑為R2、焦距為f2，平凹圓透鏡I和平凸柱透鏡3兩者相距L。在材料折射率相同的情況下，平凹圓透鏡I和平凸柱透鏡3的焦點(diǎn)O重合，構(gòu)成共焦腔。由曲率半徑和焦距的關(guān)系可知，^=^/2, f2=R2/2,再由幾何關(guān)系可知:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器，其特征在于:包括非線性晶體(2)和混合腔，所述混合腔由平凹圓透鏡(I)和平凸柱透鏡(3)構(gòu)成，所述非線性晶體(2)為板條結(jié)構(gòu)且置于混合腔內(nèi)，其中平凹圓透鏡(I)的平面與光束垂直、凹面朝向非線性晶體(2)，平凸柱透鏡(3)的平面與光束垂直、凸面朝向非線性晶體(2)，且平凸柱透鏡(3)的母線方向在豎直方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器，其特征在于:所述混合腔，在水平方向采用正支共焦非穩(wěn)腔，正支共焦非穩(wěn)腔由平凹圓透鏡(I)的凹面和平凸柱透鏡(3)的凸面構(gòu)成，并且平凹圓透鏡(I)和平凸柱透鏡(3)的焦點(diǎn)重合，平凸柱透鏡(3)的焦距和正支共焦非穩(wěn)腔的腔長的和等于平凹圓透鏡(I)的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器，其特征在于:所述混合腔，在垂直方向采用平凹穩(wěn)腔，所述平凹穩(wěn)腔由平凹圓透鏡(I)的凹面和平凸柱透鏡(3)的平面構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分端面泵浦混合腔板條光參量振蕩器，其特征在于:所述非線性晶體(2)為周期性極化的鉭酸鋰晶體、鈮酸鋰晶體、摻鎂鈮酸鋰晶體或磷酸鈦氧鉀晶體中的一種。
【文檔編號(hào)】H01S3/06GK103701018SQ201310681382
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】呂新杰, 蔣旭東, 劉奕辰, 居盼盼, 趙剛, 祝世寧 申請人:南京大學(xué)